微尺度混合—颗粒材料制备的新技术

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1、』L————————一一一!!塑兰塑塑塑竺型鱼皇垫查皇里里塑叁———————————’—————’————‘————————h—___—-———————————_—-—————-—————————————-———————————————————————————————⋯一’⋯’一微尺度混合～颗粒材料制备的新技术骆广生+，陈桂光，徐建鸿，汪家鼎清华大学化学工程系，北京100084擒要k丈对膜分散微尺度混合的研究进展以及其在纳米颗粒制各方面的研究工作进行综述J关键词膜分散，微尺度混合，纳米颗粒1．引言混合和分散在以化学工业为主的过程工业中是一个极其普遍

2、的单元过程，其在反应和分离过程中的地位极为重要。在化工、食品、化妆品、染料、药物、环境以及材料等工业生产中，经常需要制备粒径小而均一的乳液，其中分散工艺起着至关重要的作用。如静电印刷中的墨粉、陶瓷细粉、液相色谱中的固定相和各种聚合物微球的制各技术中很多也需要首先得到均匀尺寸的微小液滴。此外，近年来在液晶材料、生物磷脂、聚合物复合膜、生物可降解药物胶囊、超细粉包涂、纳料颗粒以及超细材料等一些高新科技产品的生产中，对分散技术的要求也越来越高，能耗低、污染少、分散效果好的分散技术越来越受到人们的重视。混合和分散过程作为物质运输和物质转化的重要单元，人们对

3、此进行了大量的研究，得到了许多研究成果，发展了一批混合技术。混合和分散技术主要有1)搅拌和剪切分散方法；2)超声波分散方法；3)高压静电分散法。这些分散技术普遍存在能耗高、设备复杂、操作条件难以控制以及分散液滴均匀性不佳等缺陷。如何解决这些问题，发展新型高效的混合和分散设备成为研究的重点。微混合技术是现代微型化工系统研究的一个主要方向，其中微化工系统中作为核心之一而为众多研究者关注。已有的微型传质和反应过程均表明，在混合尺度混合条件下，反应和传质特性均有明显的改善，反应的转化率、选择性以及传质速率均有明显的提高。实现微混合的方式目前主要有两种，一种

4、是通过微通道设备实现两相或多相体系的混合，实现提高反应和分离效率的目的。另一种是利用微孔膜材料作为分散介质来实现微尺度混合。关于微通道混合过程，本文作者已进行了的综述，在此仅就膜分散微尺度混合的研究进展以及其在纳米颗粒制备方面的研究工作进行讨论。2．膜分散基本原理及研究㈣】二十世纪九十年代，膜分散技术开始引起人们的重视。膜分散技术是在膜法制乳的基础上发展起来的。膜法制乳主要针对低界面张力体系，在膜两侧压力差的作用下使分散相以微小液滴的形式·通讯联系人2003年纳微粉体制备与技术应用研讨会1通过微孔膜，由于界面张力和所形成的液滴粒径较小．液滴运动速度

5、慢，碰撞几率小，液滴之间不聚并或聚并速度很慢，从而形成稳定的乳液。膜法乳化是使分散相通过无机膜或有机膜，从而形成分散相液滴，制得乳液。膜法乳化能够制取W／O、O／W、W／O／W和O／W／O等各种类型的乳液，制乳机理如图I所示。分散相和连续相分别在膜两侧流动，分散相一侧的压力大于连续相一侧的压力，在压差的左右下，分散相透过膜上的孔，以小液滴的形式分散到连续相中。Pl>P2P1>P2图1O／W乳液、O／W／O乳液形成示意图膜法乳化的研究集中在聚合物化工、食品化工和乳化液膜的制各等过程中，有关的研究分别考察了压力、膜孔径、流速、乳化剂及其浓度等条件对于乳

6、化结果特别是粒径和通量的影响。在膜乳化机理的研究方面，主在集中在液滴直径大小与膜孔径大小的关系方面。有关膜乳化有机理研究工作相对较少，液滴的形成机理不存在许多未知数，因此相关的研究工作还在不断地深入。但相关的应用研究却己远走在基础研究的前面，随着膜分散制乳研究工作的不断深入，膜分散式传质分离设备以及膜分散式微尺度混合反应器相继出现，分别应用于传质分离过程和纳米颗粒的制备等方面均取得到十分理想的结果，这为工业应用提供了基础。3．膜分散过程的应用研究3．1膜分散制乳1991年，Kawashima等利用3岬和8pm的聚碳酸酯膜处理W／O／W乳液，此乳液由

7、液体石蜡、亲油(span80)和亲水(1、veell20)的表面活性剂组成，乳液被挤压过聚碳酸酯膜后形成成半固体状的W／O乳液，此乳液比初始乳化时的W／O乳液液滴直径小，易于分散到含有亲水表面活性剂的水中，能再次形成粒径更小且均一的W／O／W乳液，并提出了发生这一现象的机理，主要是受膜材料、亲水和亲油表面活性剂的影响。Nal(ashima等利用微孔玻璃膜处理煤油一SDs一水体系制取O／W乳液，有机相为分散相。研究了膜的亲和性能、膜孔径和表面活性剂浓度对制乳的影响。研究发现膜法可以制得均一稳定的乳液，：!——一微尺度混合一颗粒材料制各的新技术1’——

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